試論三維CAD技術及在機械設計中的應用

馮 巖

（西安鐵路職業技術學院,710014）

計算機的普及以及計算機技術的突飛猛進，帶動了三維CAD技術的廣泛適用，其在建筑、醫療、機械設計等方面都發揮著不可替代的作用，其中在機械設計行業作用尤為顯著。如何將CAD技術正確的應用于機械設計上，且其在機械設計行業的發展前景如何，都值得我們更進一步的研究討論。

1 三維CAD技術的特點

要了解其特點，必須弄清楚什么是三維CAD技術。CAD即Computer-Aided Design的縮寫，是指計算機的輔助設計，是一種在電腦繪圖設計中經常要用到的技術軟件。而三維CAD技術就是通過立體的、全方位、多方面的角度，實現對機械設計或者是電腦繪圖起重要輔助作用的先進技術，其主要有以下幾個優點：

1.1 機械設計方案更直觀立體

傳統的機械設計，僅僅是通過構思以后，將自己的想法設計在紙上，設計圖案只具有平面性質而缺乏立體感。三維CAD技術改變了過去設計方案的平面化狀態，在計算機中能夠直觀立體的展現人們的設計方案，將縮小后的技術方案通過運用高科技展現在人們的面前，以便于人們更仔細的看清設計方案中的閃光點和不足之處，提高設計方案的改進效率。同時還有助于設計方案的修正更改的方便性，傳統的修改需要耗費太多的腦力和財力，而運用三維CAD技術以后，通過在立體的模型上進行修補，可以更直觀的感受到修改方案是否有效，使設計方案更貼合實際。

1.2 縮短了設計時間，提高了工作效率

運用計算機和三維CAD技術，方案的設計主要是在電腦上完成，既避免了以前人工畫圖的辛苦，又切實的縮短了時間，提高了工作的效率。人們借助三維CAD技術，通過其中的布爾運算等功能，自動的形成方案設計中的圖案，并自行組合，大大節約了設計師的時間，縮短了設計的周期，為以后的工作節約出寶貴的時間。據一項調查顯示，運用三維CAD技術的機械設計公司，其設計所用的時間比沒有運用三維CAD技術的公司少一半，同樣的其工作效率高出3-5倍，這足以看出三維CAD技術的獨特優點。

1.3 保障數據安全

三維CAD技術，改變了過去在圖紙上進行作業的方式，將設計所需的一系列材料等保存在網上，避免了圖紙的易丟失和不方便的劣勢，保證了資料的安全，同時將保存在計算機上的數據進行加密，防止病毒或者是外人的惡意侵害，在最大程度上保證數據的安全。例如Engineer軟件能夠把方案設計中的全部數據保存下來并進行分析，保障了數據的安全。此外三維CAD技術還能夠加強數據之間的交流和流通，通過將材料或者數據上傳到網上，實現了數據的輕盈性，當數據進行傳播的時候，只需要在電腦前輕點鼠標，就能夠實現數據在省份之間或者是全世界范圍內的流動，加強設計公司之間的交流和溝通，實現機械設計技術的傳播和更新。

2 三維CAD技術在機械設計中的應用

2.1 設計方案建模過程中的應用

三維CAD技術的優點就是保證設計方案的直觀立體，因此其在設計方案建模過程中應用十分廣泛。三維CAD技術中的建模方式主要包括框架方式、表面方式和立體方式三種，針對方案中的一些簡單圖形，例如圓形、橢圓形或者是圓柱形等，三維CAD技術中都會自帶。而對于那些復雜多樣化的結構，該技術能夠通過布爾運算，將系統中自帶的圖形圖案進行排列組合，按照人們的要求，通過一系列的運算，最后建筑起設計者心目中的圖案，保證設計方案建模過程順利快捷的完成。比如要想完成央視大樓的設計圖案，在電腦上通過三維CAD技術，并借助其他的設計軟件，通過一系列的運算得到一個簡單的模型圖案，為以后設計方案的形成奠定基礎。

2.2 設計方案形成過程中的應用

在設計方案的基本零部件完成之后，最重要的工作就是將這些零部件進行加工重組，經過排列組合，促進設計方案的完成。利用三維CAD技術的編輯功能，將原本相互獨立沒有什么聯系的部件按照設計者原本的設計，進行排列組合，并且對于那些復雜的零部件，通過在先進的三維CAD技術中的旋轉等方式得到新的、更適合排列組合的新部件，進而更容易的實現三維方案的成功進行，保障設計方案按質按量的完成。在形成過程中還要注重CAD/CAM軟件開發系統的應用，該系統主要通過平面設計、曲面造型、立體構筑、數據分析等措施，對數據進行同一的應用和管理，保證設計方案的順利形成和實施。

2.3 機械CAE軟件的應用

機械CAE軟件的主要功能就是優化結構設計，并對設計方案中的數據進行分析對比，最終形成合理性的設計方案，并對該方案進行評價評估，保證方案設計的合理化。三維CAD技術在CAE軟件中的應用，主要表現在建筑好一定的模型之后，再由CAE軟件進行設計分析等步驟，能夠保證方案設計的順利實現。

2.4 農業機械設計中的應用

在農業機械設計中，三維CAD技術仍然能夠適用。比如在聯合收割機的設計過程中，我們以軸流釘齒脫粒分離裝置為設計的出發點 根據Motion works系統進行開發，并結合數控加工模塊Cam works進行三維系統的設計加工，通過CAD或者API等技術將該系統劃分為幾個部分，通過各部分的完成最終實現總的實際方案的的自動生成。而相分離的個部分之間主要是通過數據的傳輸來保持聯系，最終實現數據的共享。

3 三維CAD技術在現存社會的不足之處及其發展趨勢

3.1 不足之處

首先就是軟件的設計不合實際。部分軟件的開發只注重對于功能的無限擴大，忽視了做基本的追求，導致人們不能正常的應用該軟件，而且學習難度較大，對于人們的專業要求較高，花費了大量的開發資金卻不能得到很好地回報，造成不必要的浪費，造成相關企業投資的熱情消退。第二就是我國現階段中能夠熟練的應用三維CAD技術的人員較少，由于三維CAD技術本身就很復雜困難，學生一般認為太難容易放棄學習，同樣，教育機構對于人才的培養或者是培訓關注力度不夠，造成人才的嚴重缺失，因此三維CAD技術實施起來也就變得異常艱難。

3.2 發展趨勢

3.2.1 智能化

盡管目前我國的三維CAD技術已經有了些許的智能化功效，但是隨著社會的不斷發展和科技的不斷進步，三維CAD技術勢必會更加的智能。人們運用CAD技術主要是通過操縱計算機進行，將人們在實踐過程中的種種經驗教訓編寫入程序當中，建立起強大的數據庫，使計算機具備一定的辨認能力和判斷力，實現設計的智能化。例如，某國科學家經過模擬推算出在以后的機械設計行業中，三維CAD技術將逐漸的成為主流技術，其在方案雛形階段、方案設計過程以及最后的驗收階段的智能化是其他軟件所無法比擬的。

3.2.2 規范化

規范化主要是指以后三維軟件的設計更加的切合實際，三維CAD技術不再只追求功能的強大性，同時還要注重與現實的聯系，保障CAD技術行業的規范化。同時，在適用過程中還要注重對STEP體系的使用，通過CAD技術和STEP體系相結合，實現參數化模型傳輸問題的盡早解決。

3.2.3 虛擬網絡化

三維CAD技術的蓬勃發展就是依靠計算機等網絡工具的興起和更新，相信隨著社會的不斷進步，CAD技術也會逐漸的由單機狀態向網絡化的方向轉變。而三維CAD技術在虛擬空間中的作用十分顯著，它通過在虛擬空間中建構機械模型，更加直觀立體的讓人們了解設計中存在的弊端，通過提供各種參數，為人們的設計樹立起一定的標準。未來三維CAD技術的虛擬網絡化作用仍能發揮重要的作用。

4 結束語

三維CAD技術在現實生活中的應用十分廣泛，尤其表現在機械設計行業。它的直觀性安全性的特點使其具有較大的優勢，在機械設計行業中，其應用十分廣泛。不僅能夠體現在設計方案的設計或者形成過程中，在農業或者是其他方面的機械設計中仍能發揮重要的作用。盡管其仍存在著一些不足之處，但是其發展前景明了，相信隨著科技的進步以及我們的不斷改善，三維CAD技術在機械設計中能夠發揮更重要的作用。

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